viendo la luz en forma divertida

PROFESORFABIAN ALEXANDER RAMIREZ CAÑON

ÍNDICEINTRODUCCIÓN BREVE HISTORIA DE LA ÓPTICA

REFLEXIÓN DE LA LUZ LEY DE LA REFLEXIÓN

REFRACCIÓN DE LA LUZ LEY DE LA REFRACCIÓN

ABSORCIÓN DE LA LUZ

CONCLUSIONES

TRANSMISIÓN DE LA LUZ

EJEMPLOS Y APLICACIONES

¿QUE ES LA LUZ?

ALGUNOS EXPERIMENTOS

• Se da una breve historia de la Óptica.Se da una breve historia de la Óptica.• Se describen algunas propiedades de la Luz: Se describen algunas propiedades de la Luz:

Ondulatorias, Corpusculares, Propagación Ondulatorias, Corpusculares, Propagación Rectilínea en el Espacio Homogéneo y Rectilínea en el Espacio Homogéneo y Velocidad Constante.Velocidad Constante.

• Se estudian la Reflexión, la Refracción, la Se estudian la Reflexión, la Refracción, la Transmisión y la Absorción de la Luz en Transmisión y la Absorción de la Luz en medios materiales.medios materiales.

• Se realizan algunos experimentos.Se realizan algunos experimentos.• Se dan algunos ejemplos y aplicaciones.Se dan algunos ejemplos y aplicaciones.• Conclusiones.Conclusiones.

ENUNCIACION

• Griegos (Siglos V-III A. C.) Pitágoras: Los rayos de luz emergen de los ojos. Demócrito: Los cuerpos luminosos emiten una sustancia “mágica”. Platón: Es una combinación de los dos casos anteriores. Aristóteles: Hay una “transferencia de movimiento” entre el objeto y el ojo.

• Edad Media Alkindi y Alhazen defienden la hipótesis de la emisión de la luz (Siglos IX-X

D. C.) Los lentes se inventan en forma accidental (Italia, Siglo XII D. C.) Della Porta, da Vinci, Descartes, Gallileo y Kepler formulan la óptica

geométrica, explican el comportamiento de las lentes y construyen instrumentos ópticos (Siglo XV D. C.)

• Edad Media Reciente Newton (1642-1726) y Huygens (1629-1695) pelean sobre la naturaleza y

comportamiento de la luz: Teoría Corpuscular vs Teoría Ondulatoria.

BREVE HISTORIA DE LA ÓPTICA

INTRODUCCIÓN

• Siglos XVIII-XIXFresnel y Young observan, experimentalmente, la difracción y defienden la teoría corpuscular de la luz.Maxwell formula las ecuaciones electromagnéticas y Hertz verifica el principio de emisión de las ondas electromagnéticas en 1899.

• Siglos XX-XXILa Teoría Cuántica explica el comportamiento dual onda-

partícula de la materia, de la luz y de la radiación en general.Se inventa la holografía en 1948.Se inventa el láser en 1956.Proliferan las aplicaciones de la Óptica en Computación,

Telecomunicaciones, Ciencias Básicas, Medicina, Industria Manufacturera y el Entretenimiento.

BREVE HISTORIA DE LA ÓPTICA

INTRODUCCIÓN

ACTIVIDAD A

• FORMAR EQUIPOS DE DOS PERSONAS.

• PREGUNTAR POR EL NOMBRE.

• LO QUE LE AGRADA HACER EN EL TIEMPO LIBRE.

• EXPLICAR A SU INTERLOCUTOR LO QUE PARA ÉL ES LA LUZ Y POR QUÉ ES IMPORTANTE.

• DARÁ LA INFORMACIÓN OBTENIDA AL RESTO DE LA AUDIENCIA.

“ENFOCÁNDONOS CON LA LUZ”

ES UNA MANIFESTACIÓN DE ENERGÍAES UNA MANIFESTACIÓN DE ENERGÍA

¿QUÉ ES LA LUZ?¿QUÉ ES LA LUZ?

LA CONOCEMOS A TRAVÉS DE SUS EFECTOS

EL SOL

LLUVIA

FOTOSÍNTESIS

LUZCALOR

EL SER HUMANO FORMAS DE ENERGÍA

DIVERSIÓN Y ENTRETENIMIENTO

ACTIVIDAD B

• SE REPARTEN GLOBOS A LOS ASISTENTES.

• SE INFLAN LOS GLOBOS Y SE FROTA EN EL BRAZO DE CADA PARTICIPANTE.

• SE OBSERVA QUE SE CARGAN EL VELLO Y EL GLOBO.

• SE OBSERVA QUE EL VELLO ES HALADO HACIA EL GLOBO.

“VERIFICACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS”

EL ORIGEN DE LA LUZ: LAS CARGAS ELÉCTRICAS

CAMPO ELÉCTRICO: E

CARGAS ELÉCTRICAS

CORRIENTES ELÉCTRICAS

CAMPO MAGNÉTICO: B

ORIGEN DEL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO (LUZ)

I

EE

B

ACTIVIDAD C

• FORMAR EQUIPOS DE DOS PERSONAS

• COMENTAR SI ALGUNA VEZ HAN TENIDO EXPERIENCIA CON LAS ONDAS Y DE QUÉ MANERA

• ¿QUÉ FENÓMENOS CONOCE QUE SE COMPORTAN COMO ONDAS?

• ¿QUÉ PROPIEDADES TIENE UNA ONDA?

“¿QUÉ ONDA CON LAS ONDAS?”

Longitud de onda

cresta cresta

valle valle

Amplitud

COMPORTAMIENTO ONDULATORIO DE LA LUZ

ν

ν

INTERFERENCIAPROPIEDAD DEL COMPORTAMIENTO ONDULATORIO

(CASOS EXTREMOS)

INTERFERENCIAPROPIEDAD DEL COMPORTAMIENTO ONDULATORIO

BRILLANTEZ

OSCURIDAD

ONDAS DE AGUA

INTERFERENCIACON

EL FENÓMENO DE LA INTERFERENCIA DE LA LUZ

EXPERIMENTO DE YOUNG

EXPERIMENTO DE YOUNG

• UN LÁSER.• UNA LÁMINA CON DOS AGUJEROS PEQUEÑOS.• SE COLOCA LA LÁMINA CERCA DEL LÁSER

HASTA QUE LA LUZ PENETRE EN AMBOS ORIFICIOS.

• SE ALEJA LA PANTALLA HASTA QUE APAREZCA LA DIFRACCIÓN.

“INTERFERENCIA DE LA LUZ”

APLICACIÓN DE LA INTERFERENCIA

MICROSCOPIO DE INTERFERENCIA

SE USA PARA MEDIR PROPIEDADESÓPTICAS PRECISAS DE MATERIALESY LA MORFOLOGÍA DE SUPERFICIES

LUZ

EJEMPLOS DE DIFRACCIÓNEJEMPLOS DE DIFRACCIÓN

DIFRACCIÓN DE ONDAS DE RADIO Y TVONDAS DE SONIDO

EXPERIMENTO“EL FENÓMENO DE LA INTERFERENCIA DE LA LUZ EN”

LOS BORDES DE LOS OBJETOS

PROCEDIMIENTO

• SE CONECTA UNA FUENTE DE LUZ A CORRIENTE ELÉCTRICA.

• SE COLOCA UNA PANTALLA A CIERTA DISTANCIA DE LATRAYECTORIA DEL HAZ DE LUZ.

• ENTRE LA FUENTE DE LUZ Y LA PANATALLA SE COLOCA UNA REGLA GRADUADA.

• SE AJUSTA LA REGLA CON MOVIMIENTO HASTA QUE APAREZCA UN PATRÓN DE DIFRACCIÓN EN LA PANTALLA.

¡ LA LUZ QUIEBRA LA SOMBRA DE LA REGLA !

DISPERSIÓN DE LA LUZSE DEBE A UN COMPORTAMIENTO ONDULATORIO

COMPORTAMIENTO CORPUSCULAR DE LA LUZ (LOS FOTONES)

ENERGÍA = CONSTANTE X FRECUENCIA

EFECTO FOTOELÉCTRICOAlbert Einstein (1879-1955)

EXPERIMENTO

• CELDA SOLAR

• MULTÍMETRO

• SE INCIDE LUZ SOLAR A LA CELDA FOTOVOLTAICA, PREVIAMENTE CONECTADA AL MULTÍMETRO

• SE OBSERVA LA VARIACIÓN DEL VOLTAJE EN EL MULTÍMETRO

“CORRIENTE FOTOVOLTAICA”

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

VELOCIDAD DE LA RADIACIÓN = LONGITUD DE ONDA X FRECUENCIA

λ

ν

EXPERIMENTO

“EL ARCOIRIS UTILIZANDOUN PRISMA”

• SE CONECTA LA LÁMPARA DE LUZ BLANCA A CORRIENTE ELÉCTRICA.

• SE COLOCA EL PRISMA EN LA DIRECCIÓN DE UN HAZ DE LUZ BLANCA.

• SE COLOCA UNA PANATALLA DONDE INCIDE LA LUZ DISPERSADA DEL PRISMA.

• SE OBSERVAN LOS DIFERENTES COLORES EN LA PANTALLA.

627-770Rojo

589-627Naranja

566-589Amarillo

495-566Verde

436-495Azul

380-436Violeta

Longitudes de onda (n m)Tipo de radiación

RESPUESTA ESPACIAL DE LA RETINA Y ESPACIOS COLATERALES

Sigue una propagación rectilínea a 300,000 Sigue una propagación rectilínea a 300,000 K m/s en el vacío, aproximadamente.K m/s en el vacío, aproximadamente.

¿CÓMO VIAJA LA LUZ?¿CÓMO VIAJA LA LUZ?

N

¿CÓMO SE REFLEJA LA LUZ?¿CÓMO SE REFLEJA LA LUZ?

EN FORMA RECTILÍNEA Y EN CIERTO ÁNGULOEN FORMA RECTILÍNEA Y EN CIERTO ÁNGULO

LEY DE LA REFLEXIÓN

REFLEXIÓN EN LA NATURALEZA

APLICACIÓN DE LA REFLEXIÓNESPEJO RETROVISOR

FOTOGRAFÍA

EXPERIMENTOEL ÁNGULO DE INCIDENCIA Y REFLEJADO

QUE EXPERIMENTA LOS RAYOS DE LUZ SOBRE UN ESPEJO

PROCEDIMIENTO•SE CONECTA UNA FUENTE DE LUZ A CORRIENTE

ELÉCTRICA.

•SE SINTONIZA A UN FLUJO ENERGÉTICO BAJO.

•SE COLOCA UN ESPEJO EN LA TRAYECTORIA DE LA LUZ.

•SE OBSERVA LA MANCHA DE LUZ REFLEJADA SOBRE

UNA PARED O PANTALLA.

•SE MIDEN LOS ÁNGULOS EFECTUADOS POR LOSRAYOS INCIDENTESY REFLEJADOS.

¿COMO SE REFRACTA LA LUZ?¿COMO SE REFRACTA LA LUZ? SE QUIEBRA Y SIGUE EN LÍNEA RECTASE QUIEBRA Y SIGUE EN LÍNEA RECTA

LEY DE LA REFRACCIÓN

n es el índice de refracción del medio: n=c/v

LEY DE SNELL

RAZÓN DEL QUIEBRAMIENTORAZÓN DEL QUIEBRAMIENTO

velocidad de la luz en el medio: v = c/n

Diamantes

¡LA FIBRA ÓPTICA,APLICACIÓN DE LA REFRACCIÓN DE LUZ!

ENDOSCOPÍA CONFIBRA ÓPTICA

EXPERIMENTO

OBSERVACIÓN DEL QUIEBRAMIENTO DE UN OBJETO SUMERGIDO EN AGUA

EN UN VASO DE CRISTAL CON AGUA SE COLOCA UNA CUCHARA PARA OBSERVAR EN QUIEBRAMIENTO, ES DECIR, EL FENÓMENOS DE LA REFRACCIÓN.

LENTES CONVERGENTESLENTES CONVERGENTES

f´= f : LONGITUD FOCAL

OBJETO E IMAGEN

NUESTRO OJO USA UNA LENTE CONVERGENTE

Hipermetropía

Es el defecto de refracción por el cual el paciente ve bien de lejos pero tiene dificultades para la visión cercana. Su corrección puede efectuarse con gafas y con lentes de contacto. La cirugía de la hipermetropía se realiza con el láser

Astigmatismo

Alteración de la visión producida por un defecto de los medios de refracción oculares; casi siempre el problema

tiene su origen en la superficie anterior de la córnea, que ha perdido su esfericidad

normal y produce un cambio simétrico o asimétrico de su función de lente. Puede ser corregido mediante gafas o

lentes de contacto.

Miopía

Es el defecto de refracción caracterizado por una mala visión de lejos y una aceptable visión a corta distancia.

Esto se debe a que la imagen se proyecta por delante de la retina al ser el ojo de mayor tamaño que el normal.

EXPERIMENTO

“DETERMINACIÓN DE LA DISTANCIA” FOCAL DE UNA LENTE

PROCEDIMIENTO

• SE CONECTA UNA FUENTE DE LUZ A CORRIENTE ELÉCTRICA.

• SE SINTONIZA A UN FLUJO ENERGÉTICO MEDIANO.

• SE COLOCA UNA LENTE EN LA TRAYECTORIA DE LA LUZ SIN CONOCER SU LONGITUD FOCAL.

• SE DETERMINA LA DISTANCIA FOCAL COLOCANDO UNA PANTALLA Y VARIANDO LA POSICIÓN DE ÉSTE CON RESPECTO A LA LENTE.

• LA POSICIÓN DONDE SE CONCENTRA LA LUZ SE VERIFICA LA DISTANCIA FOCAL

95% transmisión luz visible.75% bloqueo luz infrarroja.

100% absorción UVLente de policarbonato

88% transmisión luz visible.100% absorción UVAnti-reflejoLente de policarbonato

APLICACIONES DE LAS LENTES

OTROS DISEÑOSDE ANTEOJOS

DE PROTECCIÓNULTRAVIOLETA

LENTES DE CONTACTO

TRANSMISIÓN Y ABSORCIÓN DE LA LUZTRANSMISIÓN Y ABSORCIÓN DE LA LUZ

factor de reflexión factor de transmisión factor de absorción

TRANSMISIÓN EN VIDRIOS DE LAS VENTANALES DE CASA HABITACIÓN

La piel humana es la capa externa del cuerpo La cual tiene un grosor variable y cumple varias funciones :

Protección (mecánica, física y química), Metabólica (producción de vitamina D), Termorregulación (por las glándulas capilares) ySensaciones ( nervios)

Compuesta de tres capas: Epidermis Dermis Hipodermis

LA PIEL HUMANA

INTERACCIÓN PIEL HUMANA - LUZ

ABSORCIÓN DE LA LUZ SOLAR

TRANSMISIÓN DE LA RADIACIÓN EN LA ATMÓSFERA DEPENDIENTE DE LA ALTURA

TRANSMISIÓN Y REFLEXIÓN DE ONDAS DE RADIO Y TV

RESPUESTA DE UN METAL A LA INCIDENCIA DE LA LUZ

LUZL

C O N C L U S I O N E SC O N C L U S I O N E S• LA LUZ ES ENERGÍA.LA LUZ ES ENERGÍA.

• EL OJO DETECTA LA ENERGÍA DE LA LUZ.EL OJO DETECTA LA ENERGÍA DE LA LUZ.

• LA PIEL DETECTA LA ENERGÍALA PIEL DETECTA LA ENERGÍA CALORÍFICA DE LA LUZ.CALORÍFICA DE LA LUZ.

• LA LUZ VIAJA EN FORMA RECTILÍNEA.LA LUZ VIAJA EN FORMA RECTILÍNEA.

• SU VELOCIDAD ES DE 300,000 K m/s EN EL SU VELOCIDAD ES DE 300,000 K m/s EN EL VACÍO, APROXIMADAMANTE.VACÍO, APROXIMADAMANTE.

C O N C L U S I O N E SC O N C L U S I O N E S

• SE REFLEJA EN LAS SUPERFICIES DE LOS MATERIALES.SE REFLEJA EN LAS SUPERFICIES DE LOS MATERIALES.

• SE REFRACTA CUANDO PASA DE UN MEDIO A OTRO DE SE REFRACTA CUANDO PASA DE UN MEDIO A OTRO DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN DIFERENTE.ÍNDICE DE REFRACCIÓN DIFERENTE.

• SE ABSORBE EN MATERIALES CON SUPERFICIES OPACAS SE ABSORBE EN MATERIALES CON SUPERFICIES OPACAS Y SE TRANSFORMA EN ENERGÍA CALORÍFICA.Y SE TRANSFORMA EN ENERGÍA CALORÍFICA.

• LA APLICACIÓN DE LA ÓPTICA A LA VIDA DIARIA ES LA APLICACIÓN DE LA ÓPTICA A LA VIDA DIARIA ES ENORME, APLICÁNDOLA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE ENORME, APLICÁNDOLA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE APARATOS Y DISPOSITIVOSAPARATOS Y DISPOSITIVOS

DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ